Seminar: Eingebettete Systeme - KIT
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Seminar:
Eingebettete Systeme
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Jürgen Becker ♦ Prof. Dr.-Ing. Eric Sax ♦ Prof. Dr. rer. nat Wilhelm Stork
Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft
www.itiv.kit.edu
AG Eingebettete Elektronische Systeme (EES):
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Jürgen Becker
Schwerpunkt:
Eingebettete Elektronische Systeme (Prof. Becker)
Systems Engineering (Prof. Sax)
Mikrosystemtechnik und Optik (Prof. Stork)
Forschungsbereiche (EES):
System-on-Chip (SoC), Network-on-Chip (NoC)
Hardware Software Codesign
Multi-Core Prozessorarchitekturen
Dynamisch Rekonfigurierbare Systeme
Hardwarearchitekturen und Akzeleratoren
Dynamisch partielle Rekonfigurationstechniken
Hardware Synthesemethoden und
Multi-Domain Modellierungs- & Simulationsverfahren
Cyber-Physical Systems (CPS)
2 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 21.03.2018
12.04.2018
Forschungsgruppe Systems Engineering
Prof. Dr.-Ing. Eric Sax
Schwerpunkt:
Eingebettete Elektronische Systeme (Prof. Becker)
Systems Engineering (Prof. Sax)
Mikrosystemtechnik und Optik (Prof. Stork)
Forschungsschwerpunkte (Systems Engineering):
Prozesse und Methoden von “agil” bis “V” für den
Entwurf eingebetteter Systeme und System-Verbünde
Hardware-in-the-Loop Test eingebetteter
elektronischer Systeme, speziell
Fahrerassistenzsysteme
Graphische Beschreibungsmittel und ausführbare
Spezifikationen
Sichere SW-Architekturen und EE-Topologien
Big Data Analysen – Anomalie-Erkennung und
Datenauswertung im (Nutz-)Fahrzeug
3 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 21.03.2018
12.04.2018
AG Mikrosystemtechnik und Optik (MST):
Prof. Dr.rer.nat. Wilhelm Stork
Schwerpunkt:
Systems Engineering (Prof. Sax)
Eingebettete Elektronische Systeme (Prof. Becker)
Mikrosystemtechnik und Optik (Prof. Stork)
Forschungsbereiche (MST):
Optische Sensorik für Medizin und Technik
Augenoptik (Implantat bis AR-Brille)
Wearables für Vitalmonitoring
EKG, Atmung, Energieumsatz, Emotionale Lasten
Smart Home für Ältere und Behinderte
Ambiente Sensorik, Big Data
Indoor Navigation mit Sensornetzwerken
4 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 21.03.2018
12.04.2018
Seminar: Eingebettete Systeme
Themengebiete
Embedded Systems
Hardware / Software / Tools
Sensornetze
Optische Systeme & Mikrosystemtechnik
Arbeitsumfang
2 SWS (3 Credits)
ca. 75-90h Arbeitsaufwand
freie Zeiteinteilung in Abstimmung mit dem Betreuer
Ziel
Einblicke in aktuelle Forschungsthemen und -projekte
Fähigkeit zum wissenschaftlichen Arbeiten
Recherche / Bewertung / Einordnung / Umsetzung / Dokumentation /
Präsentation
5 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 21.03.2018
Ergebnispräsentation
1. Schriftliche Ausarbeitung
4 Seiten in Form eines
„Extended Abstracts“ (zzgl. Referenzen
und evtl. Anhang)
IEEE Paper Format
2. Mündliche Präsentation im Plenum
ca. 20 min + Diskussion
6 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 21.03.2018
Randbedingungen eingebetteter Systeme in
unterschiedlicher Domänen
Eingebettete Systeme werden heute in vielen Domänen eingesetzt. Hierzu zählen zum
Beispiel die Automobilindustrie, Industrie 4.0, Smart-Home, Medizintechnik, Luft- und
Raumfahrt, etc.
Obwohl die eingebetteten Systeme ähnlich gestaltet sind, unterscheiden sich die Domänen
in grundlegenden Eigenschaften wie Kosten, Ressourcen, Echtzeitanforderungen,
Stückzahlen und Lebensdauer.
Diese Arbeit soll einen Überblick über die verschiedenen Eigenschaften der Domänen geben
Recherche:
In welchen Domänen werden eingebettete Systeme eingesetzt
Wie unterscheiden sich die Domänen
Definition der untersuchten Eigenschaften
Bewertung der Domänen anhand der Eigenschaften
Andreas Lauber (Raum 227)
lauber@kit.edu | Tel. 608-45232
7 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 12.04.2018
Vergleich von Virtualisierungstools
Bevor neue Fahrfunktionen in Fahrzeugen eingesetzt werden, muss die funktionale
Sicherheit ausgiebig getestet werden. Um Steuergeräte zu testen wird neuerdings immer
mehr auf virtuelle Tests gesetzt, da hierfür bereits früh mit dem Testen begonnen werden
kann, ohne das ein fertiges Steuergerät vorliegt. Dafür werden die Steuergeräte als virtuelle
Plattform erstellt und über entsprechende Tools simuliert.
In dieser Arbeit sollen ein Überblick über die am Markt vorhandenen Virtualisierungstools
erstellt werden. Dazu zählen unter andern folgende Aspekte:
Recherche Stand der Technik:
Welche Arten der Virtualisierung existieren?
Was sind die Einsatzgebiete der Virtualisierung?
Wie wird die funktionale Sicherheit garantiert?
Wie wird die Datensicherheit garantiert?
Bewertung der Tools:
Worin unterscheiden sich die Tools?
Was sind die Grenzen der Tools?
Andreas Lauber (Raum 227)
lauber@kit.edu | Tel. 608-45232
8 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 12.04.2018
Aufgabenverteilung im Fail-Operational-Umfeld
Moderne eingebettete Systeme, wie sie z. B. im Bereich des autonomen
Fahrens zum Einsatz kommen, unterliegen immer höheren Anforderungen
an die funktionale Sicherheit. Sind diese Anforderungen nur zu erfüllen,
wenn zu jedem Zeitpunkt ein gewisses Mindestmaß an Funktionalität
bereitgestellt wird, handelt es sich dabei ein Fail-Operational-System.
Problemumfeld:
beim Ausfall von Komponenten müssen einzelne Aufgaben zufälliger Defekt
umverteilt oder abgebrochen werden („graceful degradation“)
dieser Prozess ist oft schwierig in der Handhabung
Hardwareausfall
Aufgabe:
Recherche zu bestehenden Graceful-Degradation-Ansätzen
Bewertung dieser Ansätze hinsichtlich des Rechenaufwands Notfunktionalität
und der Anwendbarkeit im sicherheitskritischen Umfeld
Tobias Dörr (Raum 218.1)
tobias.doerr@kit.edu | Tel. 608-41939
9 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 06.10.2017
Vergleich zwischen Software Over the Air
Updates für Fahrzeuge und für mobile Geräte
Umfeld
Die steigende Konnektivität der modernen Fahrzeuge öffnet sie zu der äußeren Welt und
macht sie somit zu einem wichtigen Teil verschiedener sogenannten „Systems of Systems“
(SoS). Durch diese schnelle Entwicklung entstehen komplexe Systeme, die immer kürzere
Software-Update-Zyklen benötigen. Die klassischen Update-Prozesse in der Werkstatt sind
also nicht mehr effizient genug und die Einführung der Software Over The Air (SOTA)-
Technologie stellt sich als die Lösung der Zukunft. Diese Updates sind bereits seit mehreren
Jahren für mobile Geräte wie Smartphones und Tablets etabliert. Allerdings sind die
Sicherheitsanforderungen (Safety und Security) für Fahrzeuge wesentlich unterschiedlich.
Mögliche Wissenschaftliche Fragen und Forschungspunkte
Was sind die Gemeinsamkeiten und die Unterschiede
der Updates in beiden Domänen?
Security / Safety Aspekte
Wie häufig sind aktuell die Updates in beiden
Domänen?
Welche Standards existieren für die Entwicklung
und Absicherung in beiden Domänen?
… Houssem Guissouma (Raum 229)
houssem.guissouma@kit.edu | Tel. 608-46501
10 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 11.04.2018Kontrakt-basierte Verifikation von Modellen
Umfeld
In der Modellbasierten Entwicklung von eingebetteten Systemen spielen Modellierung und
Simulation eine entscheidende Rolle für die Qualitätssicherung der entstehenden Produkte.
Eine modulare Methode basierend auf klar definierten Kontrakten C = (Assumption, Guarantee)
wird immer öfter angewendet. Diese erlaubt nicht nur den Entwurf von konsistenten Software-
Architekturen, sondern auch das Debuggen und Testen vom zu entwickelnden System.
Mögliche Wissenschaftliche Fragen und Forschungspunkte
Was ist ein Kontrakt und was für Arten von
Kontrakten gibt es?
Wann kommen Kontrakte während der
Entwicklung zum Einsatz?
Welche Testfälle (zum Beispiel Safety-Analyse)
können anhand von Kontrakten durchgeführt werden?
Statische / Dynamische Modellierung
Quelle: Kaiser et al., Contract-Based Design of Embedded
Modellierung von Kontrakten für ein Beispiel in Systems Integrating Nominal Behavior and Safety, 2015
der Programmiersprache Eiffel
… Houssem Guissouma (Raum 229)
houssem.guissouma@kit.edu | Tel. 608-46501
11 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 11.04.2018Entwicklung von Smart Objects
Im Rahmen des Forschungsprojekts AuRorA sollen im Bereich der Mensch-Maschinen-
Interaktion mit Robotern eine Reihe von Smart Objects (lokalisierbares Besteck,
intelligente Waagen, steuerbare Wasserhähne,…) entwickelt werden
Ziel: Arbeitsabläufe in einer Smart Kitchen für ältere Benutzer und Benutzer mit leichten
kognitiven Einschränkungen erleichtern
Recherche:
Welche Smart Objects im Küchenumfeld
gibt es?
Wie können diese in einer Smart Kitchen
eingebunden werden?
Fehlen Smart Objects auf dem Markt, die es
noch zu entwickeln gilt?
Konzeptionierung und Entwicklung:
In welchen Szenarien bieten welche
Smart Objects einen Vorteil oder eine
Erleichterung für die Zielgruppe?
Prototypische Implementierung eines Smart
Objects mit Anbindung an das Smart Home Marc Schroth (FZI, Raum 3.1.36)
des FZI schroth@fzi.de | Tel. 0721 9654-754
12 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 21.03.2018Adaptive Networks-on-Chip
The number of cores on a System-on-Chip (SoC) is increasing and future integrated systems
will comprise of thousands of cores. To meet the growing requirements in such
communication centric systems, the Networks-on-Chip paradigm was introduced.
Multiple applications can use the NoC and one network configuration does meet all
application requirements. Adaptive NoCs change to meet these varying requirements.
A 4x4 NoC connecting 16 tiles
Tile 0 Tile 1 Tile 2 Tile 3 Tasks
Processor Processor Processor
Source Processor
Investigate state of the art adaptive
Router Router Router Router techniques in NoC
At the router architecture level
Tile 4
In routing algorithms
Tile 5 Tile 6 Tile 7
Processor Processor Processor I/O
Flow control (packet switching,
circuit switching)
Router Router Router Router
High traffic
What are the advantages and
Tile 8 Tile 9 Tile 10 Tile 11
disadvantages?
Processor Processor Processor Processor
Compare and analyze
Router Router Router Router
Destination
Tile 12 Tile 13 Tile 14 Tile 15
Memory Processor Processor Processor
Nidhi Anantharajaiah(Raum: 226.2)
nidhi@kit.edu | Tel.608-47169
Router Router Router Router
13 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 12/04/2018Monitoring von eingebetteten Betriebssystemen
In eingebetteten Systemen werden Betriebssysteme eingesetzt, um mehrere Anwendungen
parallel betreiben zu können. Dies sind sicherheitskritische Komponenten, da ein Ausfall des
Betriebssystems zum Ausfall mehrerer Anwendungen führen kann. Aus diesem Grund sollte
das Betriebssystem auf seine korrekte Funktion hin überwacht werden („Monitoring“).
Recherche Stand der Technik
Welche Ansätze gibt es zum Monitoring
von Betriebssystemen auf eingebetteten
Systemen?
Bewertung und Ausblick
Welche Aspekte des Betriebssystems
werden überwacht?
Welche Vor- und Nachteile haben diese
Ansätze?
Lassen sich mehrere Ansätze
kombinieren?
Gibt es weitere Aspekte des
eingebetteten Betriebssystems, die
überwacht werden sollten? Florian Schade (Raum 125.2)
schade@kit.edu | Tel. 608-41972
14 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 06.10.2017Sichere Kommunikation in der Industrie 4.0
Hochindividualisierte Produktion sowie die zentrale Überwachung und Steuerung von
(weltweit) verteilten Maschinen und Produktionsanlagen sind zentrale Elemente von
Industrie 4.0. Erreicht wird dies durch enge Vernetzung der Produktionsanlagen,
Steuerungen und Anbindung an die Cloud. Hieraus folgen hohe Anforderungen an die
Netzwerkarchitektur hinsichtlich Echtzeitverhalten und Security.
Recherche Stand der Technik
Welche Kommunikationsarchitekturen und
Protokolle werden im industriellen Umfeld
eingesetzt?
Welche Architekturen/Protokolle werden
derzeit entwickelt?
Einordnung und Analyse der
Architekturen/Protokolle hinsichtlich
Kommunikationsschicht
Anforderungen
Performance (Datenrate, Latenz, …)
Echtzeitfähigkeit
Sicherheit
Flexibilität (Einbinden neuer Nodes, …)
Florian Schade (Raum 125.2)
…
schade@kit.edu | Tel. 608-41972
15 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 06.10.2017Seminar: Eingebettete Systeme
Alle Informationen finden Sie auch unter:
http://www.itiv.kit.edu/60_6071.php
Jens.becker@kit.edu
www.itiv.kit.edu
16 Seminar: Eingebettete Systeme Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV)
Wintersemester 2017/2018 21.03.2018Sie können auch lesen
